(57)【要約】 【課題】  熱トンネル効果装置の隣接電極間の間隔保持と整列配置の比較的精密な制御。【解決手段】  第１の基板層（５２）と第２の基板層（５４）及び第１の基板層（５２）と第２の基板層（５４）の間に配設した第１と第２の電極を有する熱伝導装置（５０）である。この熱伝導装置（５０）はまた、第１の電極（５６）と第２の電極（５８）の間に配設した解離層（６０）と第１と第２の電極に隣接配設したアクチュエータ（６２）とを含む。アクチュエータ（６２）は、第１と第２の電極を解離層（６０）から切り離して第１と第２の電極の間に熱トンネル効果ギャップを開口させるよう設けてあり、アクチュエータ（６２）は熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設けてある。【選択図】図５
2006017451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導装置（４２）であって、
第１の熱伝導基板層と、
第２の熱伝導基板層と、
前記第１の熱伝導基板層と前記第２の熱伝導基板層の間に配設した第１の電極（１８）と、
前記第１の熱伝導基板層と前記第２の熱伝導基板層の間に配設した第２の電極（２０）と、
前記第１の電極（１８）と前記第２の電極（２０）の間に配設した解離層（６０）と、
前記第１と第２の電極に隣接配設したアクチュエータ（６２）で、前記解離層（６０）から前記第１と第２の電極を切り離し、該第１と第２の電極間に熱トンネル効果ギャップ（２６）を開口させるよう設けられ、該熱トンネル効果ギャップを能動的に制御する前記アクチュエータ（６２）とを備える、熱伝導装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ（６２）に作動的に結合した帰還機構（３４）を備え、該帰還機構（３４）が前記第１の電極（１８）と前記第２の電極（２０）を流れるトンネル電流を計測するよう設けた、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の電極（１８）と前記第２の電極（２０）を流れる被計測トンネル電流に基づき前記アクチュエータ（６２）に対し前記第１の電極（１８）と前記第２の電極（２０）の位置を提供するよう設けたプロセッサ（３２）を備える、請求項１記載の装置。
【請求項４】
熱伝導装置（５０）であって、
第１の熱伝導基板層（５２）と、
前記第１の熱伝導基板層（５２）の下側に配設した第２の熱伝導基板層（５４）と、
前記第１の熱伝導基板層（５２）と前記第２の熱伝導基板層（５４）の間に配設した第１の電極（５６）と、
前記第１の熱伝導基板層（５２）と前記第２の熱伝導基板層（５４）の間に配設した第２の電極（５８）で、前記第１の電極（５６）の上方に配設した前記第２の電極（５８）と、
前記第１の電極（５６）と前記第２の電極（５８）の間に配設した解離層（６０）と、
前記第２の電極（５８）の下側に配設したアクチュエータ（６２）で、前記第１と第２の電極間に前記解離層（６０）を切り離し、該第１と第２の電極間に熱トンネル効果ギャップを設けるよう設けられ、該熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設けた前記アクチュエータ（６２）とを備える、熱伝導装置。
【請求項５】
熱伝導装置（９０）であって、
第１組のサーマルビア（９６）を有する第１の絶縁基板層（９２）と、
第２組のサーマルビア（９８）を有する第２の絶縁基板層（９４）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間に配設した第１の電極（５６）で、前記第１組のサーマルビア（９６）に隣接する前記第１の電極（５６）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間に配設した第２の電極（５８）で、前記第２組のサーマルビア（９８）に隣接する前記第２の電極（５８）と、
前記第１の電極（５６）と前記第２の電極（５８）の間に配設した解離層（６０）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間に配設したアクチュエータ（６２）で、前記解離層（６０）から前記第１と第２の電極を切り離し、前記第１と第２の電極間に熱トンネル効果ギャップを開口するよう設けられ、該熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設けた前記アクチュエータ（６２）とを備える、熱伝導装置。
【請求項６】
熱伝導装置（１０４）であって、
第１の絶縁基板層（９２）と、
第２の絶縁基板層（９４）と、
前記第１の絶縁基板層（９２）に貫通配設した第１の熱伝導部材（１０５）と、
前記第２の絶縁基板層（９４）に貫通配設した第２の熱伝導部材（１０６）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間で前記第１の熱伝導部材（１０５）に熱的に結合した第１の電極（５６）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間で前記第２の熱伝導部材（１０６）に熱的に結合した第２の電極（５８）と、
前記第１の電極（５６）と前記第２の電極（５８）の間に配設した解離層（６０）と、
前記第１と第２の絶縁基板層の間に配設したアクチュエータ（６２）で、前記第１と第２の電極を前記解離層（６０）から切り離して該第１と第２の電極の間に熱トンネル効果ギャップを開口させるよう設けられ、該熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設けた前記アクチュエータ（６２）とを備える、熱伝導装置。
【請求項７】
熱伝導装置の作動方法であって、
解離層（６０）から第１と第２の電極を解離させ、該第１と第２の電極の間に熱トンネル効果ギャップを開口させるステップと、
前記熱トンネル効果ギャップを通って熱電子を通過させ、前記第１と第２の電極の間で熱伝導させるステップと、
前記第１と第２の電極の少なくとも一方を能動的に移動させ、前記熱トンネル効果ギャップを制御するステップとを含む、方法。
【請求項８】
熱装置の作動方法であって、
第１と第２の電極を解離し該第１の電極（５６）と第２の電極（５８）の間に熱トンネル効果ギャップを開口させるステップと、
前記トンネル効果ギャップを介して熱電子を通過させ、前記第１と第２の電極間で熱を伝導させるステップと、
前記第１と第２の電極の間の間隙と角度方位を調整することで前記熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するステップとを含む、方法。
【請求項９】
熱伝導装置の製造方法であって、
第１の熱伝導基板層（５２）を設けるステップと、
前記第１の熱伝導基板層（５２）の上にアクチュエータ（６２）を配設するステップと、
前記アクチュエータ（６２）に第１の電極（５６）を隣接配置するステップと、
前記第１の電極（５６）の上に解離層（６０）を配設するステップと、
前記解離層（６０）の上に第２の電極（５８）を配置するステップと、
前記第２の電極（５８）の上に第２の熱伝導基板層（５４）を設けるステップとを含む、製造方法。
【請求項１０】
熱伝導装置の製造方法であって、
第１の基板（９２）層を設けるステップと、
前記第１の基板層（９２）の周縁部分で該第１の基板層（９２）の上に複数のアクチュエータ（６２）を配設するステップと、
前記第１の基板層（９２）の上に第１の電極（５６）を配置し、該第１の電極（５６）の第１の部分を前記複数のアクチュエータ（６２）の間に配設させるステップと、
前記第１の電極（５６）の前記第１部分の上に解離層（６０）を配設するステップと、
前記解離層（６０）の上に第２の電極（５８）を配置し、該第２の電極（６０）の第２の部分が前記複数のアクチュエータ（６２）間の前記第１の電極（５６）の前記第１の部分に対向配設されるようにするステップと、
前記第２の電極（５８）と前記複数のアクチュエータ（６２）の上に第２の基板層（９４）を配設するステップで、前記複数のアクチュエータ（６２）を前記第１と第２の電極を前記解離層（６０）から切り離し前記第１と第２の電極の間に熱トンネル効果ギャップを開口させるよう設けるステップとを含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね熱伝導装置に係り、特に熱伝導装置内の電極の整列配置及び間隔保持に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導装置は、冷凍や空調や電子機器冷却や工業的温度制御や発電やその他等の様々な加熱システムや冷却システムに用いることができる。これらの熱伝導装置はまた、特定のシステムや環境の熱管理要求に応えるべく規模を変えることができる。残念ながら、冷凍サイクルを有するもの等の既存の熱伝導装置は圧縮機等の機械的構成要素が故に比較的非効率である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
対照的に、ソリッドステート熱伝導装置はより高い効率の潜在能力や低減された寸法やその他等のしかるべき効果をもたらす。例えば、熱トンネル効果装置はナノメートル寸法のギャップを介して一つの電極から別の電極へ電子をトンネル抜けさせ熱伝導させる。これらの熱トンネル効果装置の熱伝導効率は、材料特性や電極配列や電極間隔やその他等の様々な要因に依存する。これらの熱トンネル効果装置を効果的に動作させるには電極を互いに鏡像とするのがよく、電極間の間隔を１〜１０ナノメートル台とするのがよい。残念ながら、これらの熱トンネル効果装置では電極間隔を達成し維持することは特に困難である。このように、効率的な熱トンネル効果装置の達成は問題含みとなることがある。
【０００４】
幾つかの熱トンネル効果装置は、製造期間中に取り除いて電極間にギャップを生成する犠牲層の周囲に配設する電極を有する。この製造方法は、二つの電極間への犠牲層の配置による複合体の形成を含む。続いて、この製造方法は電極の物理的位置を保ったまま犠牲層を取り除くことで複合体を二つの整合電極に分割する。場合により、外部圧電性ポジショナを用いて電極を整列し二つの電極間にギャップを維持する。この種のシステムではナノメートル精度の間隔の達成は困難であり、所望の精度や整合性へ向けて二つの電極を配列させられない。さらに、犠牲層の不完全な除去は二つの電極の面整合品質に有害であり、電子のトンネル効果を途絶させることもある。
【０００５】
従って、熱トンネル効果装置の隣接電極間の間隔保持と整列配置の比較的精密な制御への必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
特定の実施形態によれば、本技術は第１の基板層と第２の基板層及び第１の基板層と第２の基板層の間に配設した第１及び第２の電極を含む熱伝導装置を有する。熱伝導装置ははまた、第１の電極と第２の電極の間に配設した解離層と、第１と第２の電極に隣接配設したアクチュエータとを含む。アクチュエータは解離層から第１と第２の電極を切り離して第１と第２の電極間に熱トンネル効果ギャップを開口させるよう設けてあり、アクチュエータは熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設けてある。
【０００７】
特定の実施形態によれば、本技術は熱伝導装置の作動方法を有する。本方法は、解離層から第１と第２の電極を解離して第１と第２の電極の間に熱トンネル効果ギャップを開口させ、この熱トンネル効果ギャップを介して熱電子を通過させて第１と第２の電極の間で熱伝導させることを含む。本方法は、第１と第２の電極のうちの少なくとも一方を能動的に移動し、熱トンネル効果ギャップを制御することも含む。
【０００８】
特定の実施形態によれば、本技術は、第１の熱伝導基板層を設け、第１の熱伝導基板層の上にアクチュエータを配設し、第１の電極をアクチュエータに隣接配置することを含む熱伝導装置の製造方法を有する。本方法には、第１の電極の上に解離層を配設し、解離層の上に第２の電極を配設し、第２の電極の上に第２の伝熱基板層を配設することが含まれる。
【０００９】
本発明のこれらの特徴や態様や利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むときにより良く理解されるが、図面を通じて同一符号は同一部分を表わすものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここで図１を参照するに、熱伝導装置付きのシステム１０が図示してある。このシステム１０は、物体１２からヒートシンク１４へ熱伝導させることで冷却する領域或いは物体１２を備える。図に示したフィン１６付きのヒートシンク１４は、以下により詳しく説明する如く熱トンネル効果機構により物体１２から熱を受け取る。図示のシステム１０は、物体１２に熱的に結合した第１の電極１８とヒートシンク１４に熱的に結合した第２の電極２０を備える。さらに、入力電流源２２が第１の電極１８と第２の電極２０に結合してあって、それぞれ第１と第２の電極１８，２０を通る電流の流れを始動する。動作時に、入力電流はトンネル電流入力源２２を介して電極１８，２０を通って流れ、それにより熱トンネル効果ギャップ２６を通ってヒートシンク１４へトンネル抜けする電子流２４を介して物体１２から熱を運ぶ。ヒートシンク１４では、フィン１６がシステム１０からの廃熱伝導を促進する。熱トンネル効果ギャップ２６は、熱流が一方向となるよう保証すべくほぼ１ナノメータから約１０ナノメータの間の範囲に亙る間隔を備え、かくして物体１２をより冷却するとともにヒートシンク１４へ熱伝導させる。
【００１１】
所定の実施形態では、第１の電極１８と第２の電極２０の間の熱トンネル効果ギャップ２６は図２に示す制御回路２８を介して維持される。図示の制御回路２８は、第１の電極１８と第２の電極２０に結合した圧電ドライバ３０等のアクチュエータを備える。さもなくば、アクチュエータには静電アクチュエータや磁気アクチュエータや音響アクチュエータや微小電機システム（ＭＥＭＳ；Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）装置（例えば、ＭＥＭＳ機構屈曲体やレバーや片持ち支持張り梁）或いは別の適当なアクチュエータを含ませることができる。圧電ドライバ３０や別の適当なアクチュエータは、熱トンネル効果ギャップ２６を能動的に制御する構成としてある。加えて、プロセッサ３２と帰還機構３４と比較器３６と積分器３８が圧電ドライバ３０とトンネル電流入力源２２に結合してあり、所望の熱トンネル効果ギャップ２６を制御し維持する。動作時に、電子の熱トンネル効果はトンネル電流入力源２２を初期トンネル効果設定点にて動作させることで始動させる。その後、第１の電極１８と第２の電極２０を流れるトンネル効果電流を帰還機構３４を介して計測する。さらに、帰還機構３４は被計測トンネル効果電流に基づいて電機１８，２０を流れる電流を調整する電流アンプで構成することができる。しかしながら、本技術範囲内で他種の帰還機構３４を用いることもできる。
【００１２】
動作時に、比較器３６は基準値を第１の電極１８と第２の電極２０を流れる被計測トンネル電流と比較する。積分器３８はそこで、この被計測電流をプロセッサ３２へ伝える。プロセッサ３２は、第１の電極１８と第２の電極２０を通って流れる被計測トンネル電流に基づき圧電ドライバ３０に対する第１の電極１８と第２の電極２０の目標位置を供給する。この目標位置に対する応答結果として、圧電ドライバ３０は第１及び／又は第２の電極１８，２０の位置を調整し、第１の電極１８と第２の電極２０の間に所望の熱トンネル効果ギャップ２６を達成する。都合良くは、熱トンネル効果ギャップ２６のこの帰還制御調整が第１と第２の電極１８と２０の間の電子の熱トンネル効果をそれぞれ促進する。
【００１３】
図３は、本技術の実施形態になる熱伝導装置４２を有する冷却システム４０を示す。熱伝導装置４２は、熱トンネル効果ギャップ２６により仕切られた第１の電極１８と第２の電極２０を備える。図示の如く、第１の電極１８は物体／領域１２に熱的に結合してあり、第２の電極２０は物体／領域１４に熱的に結合してある。さらに、第１の電極１８と第２の電極２０は図に示す極性をもってトンネル電流入力源２２に結合してある。熱伝導装置４２は、トンネル電流入力源２２を介する初期トンネル電流にて起動される。電流が第１の電極１８と第２の電極２０を流れると、電子が物体１２から物体１４へ向かって熱トンネル効果ギャップ２６上を方向４４へ移動する。方向４４の電子の動きが物体１２から物体１４へギャップ２６を通って熱を廃熱伝導し、ここで熱はシステム４０からさらに廃熱伝導される。都合良くは、この熱トンネル効果準拠熱伝導が物体１２を冷却する。
【００１４】
図４は、本技術の実施形態になる熱伝導装置４２を有する加熱システム４６を示す。上記の如く、熱伝導装置４２はそれぞれ物体１２，１４に熱的に結合した二つの電極１８，２０を含む。加えて、熱伝導装置４２はトンネル電流入力源２２に結合してある。図示の如く、加熱システム４６のトンネル電流入力源２２の極性は図３に示した冷却装置４０とは対照的に逆転してある。このことで、電子は所定の方向４８へ物体１４から物体１２へ流れ、かくして物体１４から物体１２へ伝熱することで物体１２を加熱する。上記した熱伝導装置４２は、図５，６，７，８，９を参照して以下に詳しく説明する例示実施形態等の様々な技術により製造することができる。
【００１５】
先ず図５に戻るに、熱伝導装置５０は本技術の実施形態になる電極の平面ギャップ制御付きで図示してある。熱伝導装置５０は、第１の熱伝導基板層５２と第２の熱伝導基板層５４を備える。第１と第２の熱伝導基板層５２，５４は、セラミックや金属や金属複合体や充填ポリマー等の伝導材で構成してある。図示の実施形態では、第１と第２の熱伝導基板層５２，５４を第１と第２の電極５６，５８の周囲に配設し、かくして第２の電極５８が第１の電極５６上に配設されるようにしてある。第１と第２の電極５６，５８は、銅や銀やニッケルや金や白金等の導電材で構成してある。さもなくば、第１と第２の電極５６，５８を銅及びニッケルやニッケル及び金や銅ニッケル白金やその他等の導電材積層体で構成することもできる。一実施形態では、第１と第２の電極５６，５８のうちの少なくとも一方をカーボンナノチューブ層で構成してある。他の実施態様では、電極５６，５８をセシウムやバリウム等のアルカリ金属で構成することができる。この種の実施形態では、これらの電極材料（例えば、セシウム）をガス相にて熱伝導装置５０内に組み込むことができる。例えば、製造工程期間中に熱伝導装置５０を真空中で加熱し、続いてセシウムガスを熱伝導装置５０内に拡散し戻して電極５６，５８を形成することができる。
【００１６】
図５の前述の特徴に加え、解離層６０を第１の電極５６と第２の電極５８の間に配設し、アクチュエータ６２を作動させることで第１と第２の電極５６，５８間での所望の熱トンネル効果を促進する。例えば、図示の解離層６０はアクチュエータ６２を介して第１と第２の電極５６，５８の切り離しを可能にする金や白金やレニウムやルテニウムやロジウムやパラジウムや銀やオスミウムやイリジウム（貴金属）や他の非酸化材料で構成することができる。まず最初に、アクチュエータ６２を第１と第２の電極５６，５８間に解離層６０を切り離すよう設ける。熱伝導装置５０の動作では、アクチュエータ６２は例えば帰還すなわち閉ループ制御を介して第１と第２の電極５６と５８の間の熱トンネル効果ギャップを能動的に制御するよう設ける。本技術の所定の実施形態では、アクチュエータ６２は圧電機構や磁気反発機構や静電機構や音響アクチュエータや微小電機システム（ＭＥＭＳ）装置（例えば、ＭＥＭＳ機構屈曲体やレバーや片方持ち支持梁）やその他で構成することができる。他のアクチュエータ機構もまた、本技術の範囲内にある。
【００１７】
図５にさらに図示した如く、熱伝導装置５０は第１と第２の熱伝導基板層５２，５４間に配設した第１と第２のアクチュエータ電極６４，６６を備える。加えて、封止層６８を第１と第２の熱伝導基板層５２，５４間に配設し、熱伝導装置５０の動作期間中の熱の戻り伝導を低減する。封止層６８は、封止材、例えば半田や融解ガラスやエポキシや充填エポキシや合金やその他を備える。所定の実施形態では、支持層フィルム７０もまた第２のアクチュエータ電極６６と第１の電極５６の間に配設することができる。以下に詳しく説明する如く、熱伝導装置５０は一連の積層化或いは構築工程を用いて製作することができる。加えて、第１の熱伝導基板層５２と第２の熱伝導基板層５４の間の内部チャンバ７２を真空とし、これによりアクチュエータ６２の動作を第１と第２の電極５６，５８間に熱トンネル効果ギャップをより精密に達成することができる。
【００１８】
ここで図６に戻るに、本技術の別の実施形態になる熱伝導装置７４が図示してある。熱伝導装置７４は、以下に説明する特定の付加的特徴を有する図５を参照して前記したのと類似の要素を備える。本実施形態では、第１の熱伝導層５２は第１の電極５６に熱連通配設した第１の銅散布器７６等の第１の熱散布器を備える。加えて、第２の熱伝導層は第２の電極５８に熱連通配設した第２銅散布器７８等の第２の熱散布器を備える。他の実施態様では、熱散布器７６，７８は、シリコン含有アルミニウムや銅モリブデンや銀や金属被覆熱分解黒鉛や充填ポリマー等の他の熱伝導材で構成することができる。内部封止層８０もまた、第１の銅散布器７６と第２の銅散布器７８の間に配設することができる。加えて、外部封止層８２を第１の熱伝導基板層５２と第２の熱伝導基板層５４の間に配設し、熱伝導装置７４の動作期間中の戻り熱伝導を低減することができる。
【００１９】
また、第１の銅散布器７６と第１の熱伝導基板層５２の間を延び横方向の熱流を阻止する下側熱遮断器８４が配設してある。同様に、第２の銅散布器７８と第２の熱伝導基板層５４の間を延びる上側熱遮断器８６が配設してある。下側と上側の熱遮断器８４，８６は、横方向の熱流を阻止する材料で構成してある。例えば、下側と上側の熱遮断器８４，８６はガラスやエポキシやポリマーやアクリルやポリカーボネートやソル・ゲル材やその他等の材料で構成することができる。
【００２０】
図７と図８は、本技術の実施形態になる電極の三次元ギャップ制御付き熱伝導装置９０を示す。熱伝導装置９０は、第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４を備える。第１と第２の絶縁基板層９２，９４は、それぞれエポキシやポリマーやアクリルやポリカーボネート等の絶縁材料で構成してある。第１の絶縁基板層９２は第１組のサーマルビア９６を含み、第２の絶縁基板層９４は第２組のサーマルビア９８を含む。サーマルビア９６，９８は、銅や銀や銅モリブデンやシリコン含有アルミニウムや金属充填ポリマーや半田やその他等の伝導材で構成することができる。本実施形態では、第１の電極５６はそれぞれ第１と第２の絶縁基板層９２，９４間に配設してあり、ここで第１の電極５６は第１組のサーマルビア９６に隣接配置してある。同様に、第２の電極５８はそれぞれ第１と第２の絶縁基板層９２，９４間に配設してあり、ここで第２の電極５８は第２組のサーマルビア９８に隣接配置してある。第１と第２の電極５６，５８は、銅や銀やニッケルや金や白金やその他等の伝導材で構成することができる。さもなくば、第１と第２の電極５６，５８は第１と第２のメッキ処理電極層で構成することもできる。
【００２１】
サーマルビア９６，９８は、第１の電極５６と第２の電極５８を介する伝熱性と導電性を高めるよう設けてある。上記の如く、解離層６０が第１と第２の電極５６，５８間に配設してあり、アクチュエータ６２の動作により第１の電極５６と第２の電極５８の間の所望の熱トンネル効果ギャップが助長される。所定実施形態では、アクチュエータ６２は熱トンネル効果ギャップの周囲に周縁配設した複数のアクチュエータ６２機構を備える。複数のアクチュエータ６２が、第１と第２の電極５６，５８間のギャップ距離とギャップ配列の両方を調整するよう機能する。
【００２２】
本実施形態では、アクチュエータ６２はそれぞれ第１と第２の絶縁基板層９２，９４の外側部分でアクチュエータ６２に結合した第１と第２の外部接触パッド１００，１０２を備える。加えて、内部及び外部熱伝導接着層８０，８２がアクチュエータ６２と第１と第２の電極５６，５８にそれぞれ熱接触する第１及び第２の絶縁基板層９２，９４それぞれとの間に配設してある。ここでも、図示の熱伝導装置９０は一連の積層化或いは構築工程にて製作することができる。さらに、第１と第２の電極５６，５８間の熱トンネル効果ギャップを複数のアクチュエータ６２を介して達成し維持する。
【００２３】
ここで図９を参照するに、熱伝導装置１０４は本技術の別の実施形態になる三次元ギャップ制御付きで図示してある。ここでも、熱伝導装置１０４の要素は、以下に詳述する所定の追加の特徴をもって図７を参照して前述した特徴に類似させることができる。熱伝導装置１０４は、第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４を備える。加えて、第１の熱伝導部材１０５は第１の絶縁基板層９２に貫通配設してあり、第２の熱伝導部材１０６は第２の絶縁基板層９４に貫通配設してある。
【００２４】
第１の電極５６は、第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４の間に第１の熱伝導部材１０５に熱的に結合してある。同様に、第２の電極５８は第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４の間に第２の熱伝導部材１０６に熱的に結合してある。第１の電極５６と第２の電極５８は、前記に詳述した如く、銅或いは他の適当な材料で構成することができる。さもなくば、第１の電極５６と第２の電極５８はそれぞれ第１と第２のメッキ電極層で構成することができる。メッキ層は、前記に詳述した如く、銅及びニッケル又は他の適当な材料層の積層体で構成することができる。解離層６０は、第１の電極５６と第２の電極５８の間に配設することができる。さらに、アクチュエータ６２は第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４の間に配設することができる。動作時に、前記に詳述した如く、アクチュエータ６２は解離層６０から第１と第２の電極５６，５８を切り離すよう動作し、その後に第１と第２の電極５６，５８間の熱トンネル効果ギャップを制御する。
【００２５】
第１の絶縁基板層９２と第２の絶縁基板層９４はエポキシで構成することができるが、絶縁性を有する他の材料を用いることもできる。第１の熱伝導部材１０５と第２の熱伝導部材１０６は、伝導材、例えばそれぞれ第１と第２の絶縁基板層９２，９４の一方の容器内に挿入する銅スラグで構成することができる。さらに、アクチュエータ６２もまたそれぞれ第１と第２の基板層９２，９４の外側部分でアクチュエータ６２に結合した第１と第２の外側接触パッド１００，１０２を備える。熱伝導装置１０４も、第１の電極５６と解離層６０間に配設した接着層１０８を備える。接着層１０８は、接着材、例えばチタンやタングステンやその他から構成することができる。
【００２６】
上記に詳述した熱伝導装置は、図１０と図１１を参照して以下に詳細に説明する例示工程等の様々な仕方で動作させることができる。先ず図１０を参照するに、フローチャートは本技術の実施形態になる図５と図６の熱伝導装置の動作の例示方法１１０を示す。方法１１０は、解離層から第１と第２の電極を解離することで始まる（ブロック１１２）。例えば、熱伝導装置を初期トンネル設定点で動作させることで第１と第２の電極の解離を達成し、かくして帰還に基づきアクチュエータが第１と第２の電極を互いに離間付勢できるようにする。さらなる実施形態では、方法１１０には熱伝導装置の真空チャンバ内への配置とチャンバの温度調整とを含ませ、かくして熱伝導装置内の封止層の融解させることができる。その後、第１と第２の電極を介する電流の通過がアクチュエータを起動する。
【００２７】
ブロック１１４において、第１と第２の電極を通る初期電流が第１と第２の電極の間の熱トンネル効果ギャップの開口を可能にする。次に、ブロック１１６において方法１１０は熱トンネル効果ギャップを通る熱電子の通過を開始し、それによって第１の電極から第２の電極への熱伝導を促進する。前記に詳述した如く、熱伝導方向はトンネル入力電流源の極性に依存する。第１の電極から第２の電極への電子の通過は、第１の電極と熱連通状態にある第１の部材の冷却、すなわち閉じた環境の冷却をもたらそう。加えて、第１の電極から第２の電極への電子の通過が第２の電極と熱連通状態にある第２の部材の加熱、すなわち閉じた環境の加熱をもたらそう。さらに、熱は第１と第２の電極のうちの少なくとも一方と熱絶縁層を通って延びる複数のサーマルビアとの間で伝導させることができる。
【００２８】
方法１１０はそこで、第１と第２の電極を流れる熱トンネル効果電流の計測に取り掛かる（ブロック１１８）。熱トンネル効果電流は、第１と第２の電極にそれぞれ結合した電流アンプ等の帰還装置を介して計測することができる。ブロック１２０において、方法１１０は第１と第２の電極のうちの少なくとも一方を能動的に動かして熱トンネル効果ギャップの伝熱効率を調整することで、第１と第２の電極の間の熱トンネル効果ギャップを制御する。第１と第２の電極のうちの少なくとも一方の位置は、第１と第２の電極の間の被計測熱トンネル効果電流に応答して動作するアクチュエータにより調整される。
【００２９】
ここで図１１に戻るに、フローチャートは本技術の実施形態になる図７と図９の熱伝導装置の動作の例示方法１２２を示す。方法１２２は、熱伝導装置内の第１と第２の電極のための三次元ギャップ制御を例示するものである。方法１２２は、解離層から第１と第２の電極を解離することで始まる（ブロック１２４）。第１と第２の電極の解離は、初期トンネル効果設定点で熱伝導装置を動作させることで達成される。続いて、第１と第２の電極を介して電流を通過することでアクチュエータを起動する。
【００３０】
ブロック１２６において、第１と第２の電極を流れる電流の初期流が第１と第２の電極の間の熱トンネル効果ギャップの開口を可能にする。次に、ブロック１２８において、方法１２２は第１の電極から第２の電極への熱伝導を可能にする熱トンネル効果ギャップをを介する熱電子の通過を開始する。熱伝導方向は、トンネル効果入力電流源の極性に依存しよう。その結果、第１の電極と熱連通する第１の部材を冷却し、第２の電極と熱連通する第２の部材を加熱することができる。
【００３１】
方法１２２は、そこで第１と第２の電極を流れる熱トンネル効果電流の計測に取り掛かる（ブロック１３０）。ブロック１３２において、方法１２２は被計測熱トンネル効果電流に基づき電極間のギャップ間隔とギャップ角度方位の両方を調整することで第１と第２の電極の間の熱トンネル効果ギャップを能動的に制御する。ここで、第１と第２の電極のうちの少なくとも一方の位置は複数のアクチュエータを異なる側面に係合させることで調整する。電極の位置の調整は、複数のアクチュエータを介して入力電流を通過することで達成される。
【００３２】
図１２と図１３は、図５乃至図９の熱伝導装置の例示的製造方法を示す図である。先ず図１２を参照するに、フローチャートは本技術の実施形態になる図５と図６の熱伝導装置を製造する例示方法１３４を図解するものである。方法１３４は、第１の熱伝導基板層を設けることで始まる（ブロック１３６）。さもなくば、方法１３４は例えば複数のビアを通って延びる１以上の熱伝導部材を有する絶縁層を設けることもできる。次に、アクチュエータを第１の熱伝導基板層の上に配設する（ブロック１３８）。例えば、アクチュエータは圧電機構や磁気反発機構や静電機構で構成することができる。さらに、方法１３４には第１と第２のアクチュエータ電極をアクチュエータまで延長することを含ませることができる。加えて、このステップ１３８には初期トンネル効果設定点で熱伝導装置を動作させるよう設けた入力電圧源に対するアクチュエータの結合を含ませることができる。
【００３３】
さらに、ブロック１４０において第１の電極をアクチュエータに隣接配置する。ブロック１４２において、解離層を第１の電極の上に配設する。ブロック１４４において、第２の電極を解離層の上に配置する。前記に詳述した如く、解離層は第１と第２の電極の切り離しを容易にし、アクチュエータの動作により熱トンネル効果を生成し維持する。加えて、封止層を第２の電極と第１の熱伝導基板層の上に配設することができる。ブロック１４６において、第２の熱伝導基板層を第２の電極と第１の熱伝導基板層の上に配設する。さもなくば、方法１３４は例えば複数のビア通って延びる１以上の伝熱部材を有する絶縁基板を備えることができる。このステップ１４６はまた、それが存在する場合に封止層上への熱伝導基板層の配設を含ませることができる。このステップ１４６にはまた、第１と第２の熱伝導基板層間のチャンバ内へのアクチュエータと第１及び第２の電極の封止を含ませることができる。
【００３４】
ここで図１３に戻るに、フローチャートは本技術の実施形態になる図７と図９の熱伝導装置を製造する例示方法１４８を示す。方法１４８は、第１の基板層を配設することで始まる（ブロック１５０）。例えば、ステップ１５０には例えば複数のビアを通って延びる１以上の熱伝導部材を有する熱伝導基板層或いは絶縁基板層の配設を含ませることができる。次に、方法１４８は周辺位置にて第１の基板層の上に複数のアクチュエータを配設する（ブロック１５２）。例えば、複数のアクチュエータは圧電アクチュエータや磁気反発アクチュエータ或いは静電アクチュエータで構成することができる。さらに、方法１４８のブロック１５２にはアクチュエータへ向けて第１と第２のアクチュエータ電極を延ばすことが含まれる。加えて、このステップ１５２にはさらに熱伝導装置を初期トンネル設定点で動作させるよう設けた入力電圧源へのアクチュエータの結合を含ませることができる。
【００３５】
さらに、ブロック１５４において第１の電極をアクチュエータに隣接配置する。ブロック１５６において、解離層を第１の電極の上に配設する。ブロック１５８において、第２の電極を解離層の上に配置する。次に、第２の基板層を第２の電極と複数のアクチュエータの上に配設する（ブロック１６０）。例えば、ステップ１６０には例えば複数のビアを通って延びる１以上の熱伝導部材を有する熱伝導基板層又は絶縁基板層の配設を含ませることができる。最後に、方法１４８は第１と第２の基板層間のチャンバ内にアクチュエータと第１及び第２の電極の封止を含む。
【００３６】
図１４は、本技術の実施形態になる熱装置列４２を有するモジュール１６２を示す。本実施形態では、熱伝導装置４２は配列内に用いられて環境の熱管理の必要に応える。熱伝導装置はモジュールに組み立てることができ、ここで装置は電気的に直列かつ熱的に並列に結合し、モジュール１６２内の第１の物体１２からモジュール１６２内の第２の物体１４への電子の流れを可能にし、かくして第１の物体１２から第２の物体１４へ熱を伝える。
【００３７】
上記の技術の様々な態様は、冷凍や空調や電子機器冷却や工業的温度制御や発電その他等の様々な冷暖房システムに有用性を見出すものである。これらには、空調器や冷水器や冷蔵庫やヒートシンクや環境制御シート等が含まれる。上記の如く、ここに記載した方法は上記の環境における所望の熱管理に応えるべくする熱トンネル効果装置の隣接電極間の間隔及び配列の比較的精密な制御に有利となろう。
【００３８】
本発明の特定の特徴だけをここに図示し説明してきたが、当業者には多くの改変と変形が想起されよう。それ故、添付特許請求範囲は本発明の真の範囲内に含まれるこの種の全ての改変と変形を包含することを意図するものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本技術の実施形態になる熱伝導装置付きシステムを示すブロック図である。
【図２】本技術の実施形態になる図１のシステムの電極の能動的ギャップ制御用の例示制御回路のブロック図である。
【図３】本技術の実施形態になる熱伝導装置付き冷却システムを表わす概略図である。
【図４】本技術の実施形態になる熱伝導装置付き加熱システムを表わす概略図である。
【図５】本技術の実施形態になる電極の平面ギャップ制御付き熱伝導装置を示す概略図である。
【図６】本技術の実施形態になる電極の平面ギャップ制御付き熱伝導装置を示す概略図である。
【図７】本技術の実施形態になる電極の非平面ギャップ制御付き熱伝導装置を示す概略図である。
【図８】本技術の実施形態になる図７の熱伝導装置の上面図である。
【図９】本技術の実施形態になる電極の非平面ギャップ制御付き熱伝導装置を示す概略図である。
【図１０】本技術の実施形態になる図５と図６の熱伝導装置の作動方法のための工程ステップを示す図である。
【図１１】本技術の実施形態になる図７と図９の熱伝導装置の作動方法のための工程ステップを示す図である。
【図１２】本技術の実施形態になる図５と図６の熱伝導装置の製造方法のための工程ステップを示す図である。
【図１３】本技術の実施形態になる図７と図９の熱伝導装置の製造方法のための工程ステップを示す図である。
【図１４】本技術の実施形態になる熱装置配列を有するモジュールを示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  システム
１２  物体
１４  ヒートシンク
１６  フィン
１８  第１の電極
２０  第２の電極
２２  トンネル電流入力源
２４  電子流
２６  熱トンネル効果ギャップ
２８  制御回路
３０  圧電ドライバ
３２  プロセッサ
３４  帰還機構
３６  比較器
３８  積分器
４０  冷却システム
４２  熱伝導装置
４４  方向
５０  熱伝導装置
５２  第１の基板層
５４  第２の基板層
５６  第１の電極
５８  第２の電極
６０  解離層
６２  アクチュエータ
６４  第１のアクチュエータ電極
６６  第２のアクチュエータ電極
６８  封止層
７０  支持層フィルム
７２  内部チャンバ
７４  熱伝導装置
７６  第１の銅散布器
７８  第２の銅散布器
８０  内部封止層
８２  外部封止層
８４  下側熱遮断器
８６  上側熱遮断器
９０  熱伝導装置
９２  第１の絶縁基板層
９４  第２の絶縁基板層
９６  第１組のサーマルビア
９８  第２組のサーマルビア
１００  第１の外部接触バッド
１０２  第２の外部接触パッド
１０４  熱伝導装置
１６２  モジュール
【図１】
2006017451.tif 000003
【図２】
2006017451.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006017451.tif 000006
【図５】
2006017451.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006017451.tif 000009
【図８】
2006017451.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006017451.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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